Das Ende der Reichweitenangst? Batterie mit zehn Minuten Ladezeit

Lithium-Ionen-Akkus wird eingeheizt

| Autor: Viktoria Hahn

Die neueste Innovation von US-Forschern der Pennsylvania State University: Eine extrem schnellladende Batterie.
Die neueste Innovation von US-Forschern der Pennsylvania State University: Eine extrem schnellladende Batterie. (Bild: Chao-Yang Wang Group)

Was in den Vereinigten Staaten als „Range anxiety“ bezeichnet wird und hierzulande unter dem Begriff Reichweitenangst bekannt ist, gilt seit Langem als eines der Haupthindernisse für den Durchbruch von batteriebetriebenen Elektro-Fahrzeugen. Eine Zukunft, in der das Aufladen des eigenen Elektro-Autos ähnlich lange beziehungsweise kurz dauert wie das Volltanken an der herkömmlichen Zapfsäule, könnte – laut einem Bericht des Spiegels – durch eine Innovation aus den USA bald Wirklichkeit werden.

Wird eine Lithium-Ionen-Zelle konventionell geladen, lagern sich während dem Prozess Lithium-Ladungsträger in einer Elektrode ein – diese werden beim Entladen jedoch wieder abgerufen. Lädt man eine solche Batterie zu schnell auf, besteht die Gefahr, dass diese Ladungsträger haften bleiben und eine metallische Schicht auf der Oberfläche entsteht. So sinkt nicht nur kontinuierlich die Leistung der Zelle, im ungünstigsten Fall kommt es zum Kurzschluss und die Batterie wird unbrauchbar.

Die Technik, mit der das 80-prozentige-Aufladen eines Lithium-Ionen-Akkus auf bemerkenswert geringe zehn Minuten gesenkt werden konnte, wurde von Professor und Maschinenbauingenieur Chao-Yang Wang und seinem Team aus Forschern an der Pennsylvania State University entwickelt und vor Kurzem der Öffentlichkeit präsentiert. Als Reichweite nennen die Wissenschaftler 300 bis 500 Kilometer.

Novum Akku-Heizung

Wie der Spiegel berichtete, stellten Wang und sein Team fest, dass sich das Problem der unerwünschten Beschichtung mit einer eingebauten Heizung – einer sich selbst erhitzenden Nickelstruktur – vermeiden lässt. Die Batterie wurde in den Tests für einige Minuten auf eine erhöhte Temperatur von 60 Grad Celsius aufgeladen und dann bei kühleren Temperaturen entladen. „In der Vergangenheit wurde allgemein angenommen, dass Lithium-Ionen-Batterien aufgrund der Sorge um beschleunigte Nebenreaktionen den Betrieb bei hohen Temperaturen vermeiden sollten“, so Professor Wang. „Diese Studie deutet darauf hin, dass die Vorteile einer abgeschwächten Lithiumbeschichtung bei erhöhter Temperatur mit begrenzter Einwirkzeit die negativen Auswirkungen verschärfter Nebenreaktionen bei weitem überwiegen.“

Wang geht weiterhin davon aus, dass das erreichte Design die Belastungszeit der Batterie auf die Dauer der erhöhten Ladetemperatur reduziert und somit eine sehr lange Lebensdauer erreicht werden kann. Die Hochenergie-Batterie aus den USA speicherte jedenfalls auch nach 2.500 Ladezyklen noch immer über 90 Prozent der Ladung – damit werden die aktuellen Anforderungen der E-Auto-Hersteller signifikant übertroffen.

Bisher nur unter Laborbedingungen getestet

Dass der Heizungs-Akku bislang nur unter Idealbedingungen im Labor getestet wurde, trübt die Freude über die Innovation durchaus. Die veröffentlichen Daten zeigen, dass die US-Wissenschaftler die Batterien nach dem schnellen Aufladevorgang für zehn Minuten abkühlen ließen, bevor sie diese wieder entluden. Die angepriesene extrem schnelle Ladezeit würde sich durch das Warten nach dem Aufladen folglich auf 20 Minuten verlängern.

Doch das Forscher-Team aus Pennsylvania gibt nicht auf: Als nächstes möchten sie ihr Konzept noch einen Schritt weiterentwickeln. „Wir arbeiten daran, eine energiegeladene Elektrofahrzeugbatterie in fünf Minuten aufzuladen, ohne sie zu beschädigen“, legte Wang künftige Pläne offen. „Dazu sind neben der von uns entwickelten Selbsterhitzungsstruktur auch hochstabile Elektrolyte und aktive Materialien erforderlich.“

Das neue Design steckt bezüglich seiner Alltagstauglichkeit offensichtlich noch in den Kinderschuhen, könnte jedoch grundsätzliche Bedenken von Skeptikern gegenüber der Reichweite von E-Autos abschwächen. Im Optimalfall würden elektrisch betriebene Fahrzeuge in Zukunft in einen direkteren Wettbewerb mit ihren benzin- oder dieselbetriebenen Artgenossen treten.

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